隨著人們對總線對總線各方面要求的不斷提高，總線上的系統數量越來越多，繼而出現電路的復雜性提高、可靠性下降、成本增加等問題。為解決上述問題，文中闡述了基于SJAl000的CAN總線通信模塊的實現方法，該方法以PCA82C250作為通信模塊的總線收發器，以SITA-l000作為網絡控制器。并以STCSTC89C5l單片機來完成基于STC89C5l的CAN通信硬件設計。文章還就平臺的初始化、模塊的發送和接收進行了設計和分析。通過測試分析證明，該系統可以達到CAN的通信要求，整個系統具有較高的實用性。

　　0 引言

　　現場總線是應用在生產最底層的一種總線型拓撲網絡，是可用做現場控制系統直接與所有受控設備節點串行相連的通信網絡。在工業自動化方面，其控制的現場范圍可以從一臺家電設備到一個車間、一個工廠。一般情況下，受控設備和網絡所處的環境可能很特殊，對信號的干擾往往也是多方面的。但要求控制則必須實時性很強，這就決定了現場總線有別于一般的網絡特點。此外，由于現場總線的設備通常是標準化和功能模塊化，因而還具有設計簡單、易于重構等特點。

　　1 CAN總線概述

　　CAN （Controller Area Network）即控制器局域網絡，最初是由德國Bosch公司為汽車檢測和控制系統而設計的。與一般的通信總線相比，CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其良好的性能及獨特的設計，使CAN總線越來越受到人們的重視。由于CAN總線本身的特點，其應用范圍目前已不再局限于汽車行業，而向自動控制、航空航天、航海、過程工業、機械工業、紡織機械、農用機械、機器人、數控機床、醫療器械及傳感器等領域發展。目前，CAN已經形成國際標準，并已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。它的直線通信距離最大可以達到l Mbps／30m．其它的節點數目取決于總線驅動電路，目前可以達到110個。

　　2 CAN系統硬件設計

　　圖1所示是基于CAN2．0B協議的CAN系統硬件框圖，該系統包括電源模塊、MCU部分、CAN控制器、光電耦合器、CAN收發器和RS232接口。硬件系統MCU采用STC89C5l，CAN控制器采用SJAl000，CAN收發器采用PCA82C250，光耦隔離采用6N137。

　　圖1中的CAN控制器SJAl000是CAN控制器（BasicCAN）PCA82C200的替代產品，它增加了一種新的操作模式（PeliCAN），這種模式可以支持很多新特性的CAN2．OB協議。微處理器STC89C5l在一定的模式下可對SJAl000中的寄存器進行讀寫操作，以控制SJAl000進行數據的發送和接收。

　　CAN收發器PCA82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口。它最初是為汽車中的高速應用（lMbps）而設計的。該器件可以提供對總線的差

　　動發送和接收功能。它采用雙線差分驅動方式，有助于抑制汽車等惡劣電氣環境下的瞬變干擾。PCA82C250可對SJAl000傳來的TTL電平和CAN總線差動信號進行相互轉換，而且可使總線具有較好的EMC特性。

　　光耦隔離器可對總線上各個CAN節點進行電氣隔離，以增強系統的可靠性，減少系統與系統之間的相互影響。

　　2．1 CAN控制器硬件電路的設計

　　將SJAl000的ADO～AD7連接到STC89C5l的P0口，CS連接到STC89C5l的P20，這樣，當P20為O時，CPU片外存儲器地址即可選中SJAl000，CPU則通過這些地址對SJAl000執行相應的讀寫操作。設計時，可將SJAl000的RD、WR、ALE分別和STC89C5l的對應引腳相連，INT接STC89C51的IN-T0，這樣，CPU可以通過中斷方式來訪問SJAl000。其連接電路圖如圖2所示。

　　2．2 光電耦合器的設計

　　為了增強CAN總線節點的抗干擾能力，SJAl000的TX0和RX0并不直接和收發器PCA82C250的TXD和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后再和PCA82C250相連，這樣就可以很好的實現各CAN節點間的電氣隔離。應當注意的是光耦部分采用的電源VCC和VDD最好完全隔離，可以用小功率的電源隔離模塊來實現，這樣就可以提高節點的穩定性和安全性。其電路圖如圖3所示。

　　2．3 CAN收發器的設計

　　PCA82C250是一種差分收發器，它可完成TTL電平到差分信號的轉換。它的CANH和CANL引腳各自通過一個5 Ω的電阻和CAN總線相連，該電阻可以起到一定的限流作用，可保護PCA82C250免受過流的沖擊。而CANH和CANL與地并聯了兩個30pF的小電容?？梢赃^濾總線上的高頻干擾并具有一定的防電磁輻射能力。PCA82C250的RS腳上應接一個斜率電阻，電阻大小可根據總線通信速度適當調節，一般可在16～140 kΩ之間，這里選用47 kΩ電阻。圖4所示是收發器的電路圖。

　　2．4 總體電路分析

　　由于本設計將SJAl000的AD0～AD7和STC89C5l的P0口相連，CS連接到P20口，ALE、WE、RD分別與單片機的對應各口相連，因此，SJAl000就相當于單片機的外部存儲器。訪問SJAl000的寄存器就相當于對外部寄存器地址進行讀寫操作。SJAl000的MODE接高電平，采用的是intel二分頻模式，TXO和RX0通過高速光耦器件6N137與CAN收發器82C250連接，PCA82C250的TXD和RXD引腳分別接發送和接收驅動信號，然后通過CANH和CANL接至物理總線傳輸介質上，這個介質可以是光纖或雙膠線等。

　　3 CAN系統軟件設計

　　STC89C51的軟件設計由MCU初始化、SJAl000初始化、SJAl000的接收發送和數據顯示模塊等構成。其系統軟件設計圖如圖5所示。

　　3．1 SJAl000初始化軟件設計

　　SJAl000的初始化程序設計主要是通過對SJAl000的寄存器寫入相應的控制字，從而確定SJAl000的工作方式。在對SJAl000的寄存器寫入控制字時，要在SJAl000的復位模式下采用軟件復位模式。其初始化流程圖如圖6所示。

　　3．2 SJAl000數據發送軟件設計

　　報文的發送通常是由CAN控制器根據CAN協議規范自動完成的。首先由CPU將要發送的報文傳送到發送緩沖器中，并置位命令寄存器中的發送請求標志。其發送流程圖如圖7所示。

　　3．3 SJAl000接收數據軟件設計

　　CPU以一定的周期讀取CAN控制器的狀態寄存器，從而檢查接收緩沖區的轉臺標志，指示是否至少接收到一個報文。當接收緩沖區狀態標志指示為“空”時，表示沒有接收到報文；在沒有新的檢查接收緩沖區狀態的要求前，CPU則繼續當前的任務。

　　當接收緩沖區狀態標志為滿的時候，即表明已接收一個或者多個報文。此時CPU將從CAN控制器取出第一個報文，并置位命令寄存器中的釋放接收緩沖區標志。其接收流程圖如圖8所示。

　　4 測試

　　將兩個CAN系統模塊掛接在CAN總線上，相當于構成CAN總線上兩個節點，這樣就可以點對點地發送數據，其測試方法就是在當其中一個節點的按鍵按下時，除了自身的數碼管1、2顯示加一外，總線上另一節點接收到該數據后，它的數碼管3、4也做加一操作，即與發送端節點的數碼管1、2同步顯示。這樣就可以測試CAN總線的點對點的通信。

　　5 結束語

　　通過此系統可以較好地完成CAN節點的點對點數據發送和接收，且正確率高，速度快。若加以擴張，再增加節點，其通信原理與上述相同。此外，也可以加上串口，這樣就可以實現下位機的多點采集數據，上位機實現顯示和控制。因此，本文設計在實踐中如果加以擴張，會有很好的價值。